离子束加工原理
1电子束离子束加工的工作原理
1电子束离子束加工的工作原理：利用聚集后能量密度较高（10的6次方~10 的9次方W/cm的2次方）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在短时间内（几分之一微妙）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部溶化和气化，被真空系统抽走。
2，在真空条件下，将离子源产生的粒子束经过加速聚焦，使之撞击到工件表面。
不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数千，数万倍，所以一旦粒子加速到较高质量时，离子束比电子束具有更大的撞击动能，它是靠微观的机械撞击能量，而不是靠动能转化为热能来加工的。
2超声波加工的应用；型孔，型腔加工；切割加工；复合加工；超声清洗3电火花加工的优点和局限性；适合于任何难切削导电材料的加工；可以加工特殊及复杂形状的表面和零件；2；主要用于加工金属等导电材料，但在一定的条件下也可以加工半导体和非半导体材料；一般加工速度较慢；存在电极损耗4电火花加工和线切割加工的区别与联系；简明的讲。
电火花就是在一个工件表面放电形成一个形状。
要加工表面凸的就须要做一个的电极。
相反凹进去的形状就要做一个凸的电极，才能加工。
线切割就是通过一根钼丝穿过工具放电，形成一个直通的形状。
电火花线切割是一个统一的名称.5电解液的作用；电解液是化学电池、电解电容等使用的介质（有一定的腐蚀性），为他们的正常工作提供离子。
并保证工作中发生的化学反应是可逆的。
6激光与普通光的区别。
为什么称为激光？定向发光，普通光源是向四面八方发光。
要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置。
激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。
亮度极高；因为激光的亮度极高，所以能够照亮远距离的物体。
激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。
它的亮度为太阳光的100亿倍。
离子束技术在材料加工中的应用研究
离子束技术在材料加工中的应用研究随着科技的不断进步和发展，离子束技术在现代工业领域中得到了广泛的应用和推广。
离子束技术指的是利用离子束在材料表层进行鲜明的原子化改变、物理性质的改变或者化学结构变化，从而达到对材料进行加工或改变性质的目的。
离子束技术在材料加工方面的应用，不但可以大幅度提高材料加工效率和生产效率，还能增加材料的导电性和耐腐蚀性，使材料的性能和质量得到了进一步的提高。
一、离子束技术基础原理离子束技术是利用离子束与物质之间的相互作用来加工或改变材料物理性质的技术。
技术首先需要制造一个离子束。
常见的离子束有氦离子束、氢离子束、氖离子束等。
这些离子束通过高压电场加速，能够获得高速的线性运动，达到微米尺度的材料表面。
当离子束击中材料表面时，会产生剥离、敏化、溶解、离化等化学反应和各种物理反应，从而改变材料的物理、化学和表面特性。
二、离子束技术在材料加工中的应用离子束技术在材料加工方面的应用，主要集中在以下方面：1. 表面硬化和改性离子束在材料表面形成的离子化区域竞争激烈，使表面出现贯穿性缺陷，从而使表面硬化和改性。
利用离子束技术进行材料表面硬化和改性，可以有效提高材料的强度、韧性和抗磨性，从而提高材料的使用寿命和可靠性。
这种技术广泛应用于汽车、航空航天、电子设备等领域。
2. 表面精密雕刻和加工离子束技术的高精度和高清洁性，可以用于材料表面的精密雕刻和加工。
离子束加工可以直接控制材料的深度和形状，从而进行微型元件制造和雕刻加工。
这种技术在制造超微型电子器件、MEMS元件等方面有很大的应用前景。
3. 脱除表面负离子离子束在材料表面形成的离子化区域，可以有效地脱除表面的负离子，从而提高材料的表面电导率和抗静电能力。
这种技术在电子显示器、LCD显示器等领域有广泛的应用。
4. 表面刻蚀和薄膜制备利用离子束技术进行表面刻蚀和薄膜制备，可以控制材料的厚度和形状，从而进行材料表面的功能性涂层和薄膜制备。
这种技术在制造晶体、磁性材料等方面有广泛的应用。
离子束加工原理
离子束加工原理离子束加工（ ion beammachining ， IBM）是在真空条件下利用离子源（离子枪）产生的离子经加快聚焦形成高能的离子束流投射到工件表面，使资料变形、损坏、分别以达到加工目的。
因为离子带正电荷且质量是电子的千万倍，且加快到较高速度时，拥有比电子束大得多的撞击动能，所以，离子束撞击工件将惹起变形、分别、损坏等机械作用，而不像电子束是经过热效应进行加工。
2.离子束加工特色加工精度高。
因离子束流密度和能量可获取精准控制。
在较高真空度下进行加工，环境污染少。
特别合适加工高纯度的半导体资料及易氧化的金属资料。
加工应力小，变形极细小，加工表面质量高，合适于各样资料和低刚度零件的加工。
3.离子束加工的应用范围离子束加工方式包含离子蚀刻、离子镀膜及离子溅射堆积和离子注入等。
1）离子刻蚀3.离子束加工的应用范围离子束加工方式包含离子蚀刻、离子镀膜及离子溅射堆积和离子注入等。
1）离子刻蚀当所带能量为 0.1 ～5keV、直径为十分之几纳米的的氩离子轰击工件表面时，此高能离子所传达的能量超出工件表面原子或分子间键协力时，资料表面的原子或分子被逐一溅射出来，以达到加工目的这类加工实质上属于一种原子尺度的切削加工，往常又称为离子铣削。
离子束刻蚀可用于加工空气轴承的沟槽、打孔、加工极薄资料及超高精度非球面透镜，还可用于刻蚀集成电路等高精度图形。
2）离子溅射堆积采纳能量为 0.1 ～5keV 的氩离子轰击某种资料制成的靶材，将靶材原子击出并令其堆积到工件表面上并形成一层薄膜。
实质上此法为一种镀膜工艺。
3）离子镀膜离子镀膜一方面是把靶材射出的原子向工件表面堆积，另一方面还有高速中性粒子打击工件表面以加强镀层与基材之间的结协力（可达10～20MPa），此法适应性强、膜层平均致密、韧性好、堆积速度快，当前已获取宽泛应用。
4）离子注入用 5～ 500keV 能量的离子束，直接轰击工件表面，因为离子能量相当大，可使离子钻进被加工工件资料表面层，改变其表面层的化学成分，进而改变工件表面层的机械物理性能。
离子束加工
离子注入：
采用5~500Kev的较高能量的离子束，直接垂直轰 击被加工材料，由于离子能量相当大，离子就钻进被加 工材料的表面层，工件表面层含有注入离子后，就改变 了化学成分，从而改变了工件表面层的机械物理和化学 性能，称离子注入为表面改性。
3.离子束加工的特点
1）离子束是所有特种加工方法中最精密、最微细的加 工方法，离子刻蚀可以达到纳米级的加工精度，是当代 纳米加工技术的击出。
离子注入在半导体方面的应用，在国内外都很普遍， 它是用硼、磷等杂质离子注入半导体，制造p-n结，目前 成为制作半导体器件和大面积集成电路的重要手段。
离子注入改善金属表面性能正在形成一个新型的领域。 利用离子注入可以改变金属表面的物理化学性能，可以制 的新的合金，从而可制的新的合金，从而改善金属表面的 抗蚀性能、抗疲劳性能、润滑性能和耐磨性能。
离子束加工设备： 主要包括离子源、真空系统、控制系统和电源部分； 离子源用以产生离子束流，产生离子束流的基本 原理和方法是使原子电离。具体办法是把要电离的 气态原子（氩等惰性气体或金属蒸汽）注入电离室， 经高频放电、电弧放电、等离子体放电或电子轰击， 使气态原子电离为等离子体（正离子数和负离子数 相等的混合体）用一个相对于等离子体为负电势的 电极，就可从等离子体中引出正离子束流。
2.离子束加工分类 根据物理效应和达到的目的不同分类；
利用离子撞击的离子刻蚀；
利用能量为0.5~5Kev的氩离子倾斜轰击工件，将工 件表面的原子逐个剥离，其实质是一种原子尺度的切削加 工，又称离子铣削。
离子溅射沉积： 利用能量为0.5~5Kev的氩离子倾斜轰击某种材料
制成的靶，离子将靶材原子击出，垂直沉积在靶材附近 的工件上，使工件表面镀上一层薄膜，溅射沉积是一种 涂膜工艺。
离子束加工技术的研究及应用
离子束加工技术的研究及应用离子束加工技术是通过加速离子束并将其瞄准到目标物表面，通过离子与物质相互作用，使得目标物表面发生物理或化学反应的一种表面加工技术。
该技术具有精度高、化学反应可控制、组织控制可靠、退火处理少等优点。
因此，离子束加工技术在材料科学、电子信息、光学等领域中获得广泛应用。
本文将从离子束加工技术的原理、研究进展以及应用三个方面来介绍该技术的现状和未来发展。
一、离子束加工技术的原理离子束加工技术是一种表面加工技术，其加工原理与传统的机械切削和化学反应加工有所不同。
其基本过程是通过高能离子束准确地瞄准到目标物表面，离子束与目标物表面相互作用，促进表面发生物理或化学反应，最终实现加工过程。
其中，离子束主要通过瞄准精度和加速能量来控制反应速率和表面结构。
离子束加工技术的主要原理包括以下三个方面：1. 离子束加速技术：离子束加工技术中，离子束的加速是其基本原理。
离子束一般通过加速器进行加速，其加速倍数决定了离子束的加工速率和加工深度。
离子束的加速倍数越高，则离子束的轰击能量，对工件表面的损伤就越大，加工效果也就越好。
2. 离子束瞄准技术：离子束瞄准技术是通过控制离子束的方向和位置，使其准确瞄准到目标物表面进行加工。
通过瞄准角度、扫描方向和覆盖范围等参数的调整，可以实现加工位置的精度控制，并且可以保证加工精度和加工质量。
3. 离子束撞击效应：离子束撞击效应是指离子束与目标物表面相互作用时，离子的动能被转化为等离子体能，并且通过反射、透射和散射等现象，与目标物表面发生相互作用，从而实现表面加工。
二、离子束加工技术的研究进展离子束加工技术具有精度高、化学反应可控制、组织控制可靠、退火处理少等优点，因此，在材料科学、电子信息、光学等领域中获得了广泛应用。
随着物理化学技术的发展和相关领域的需求，离子束加工技术在处理材料方面表现出越来越重要的作用。
离子束加工技术的研究进展主要包括前置处理技术、控制技术、退火处理技术以及晶体控制技术等方面：1. 前置处理技术：前置处理技术主要包括差速泵技术和真空和高温蒸发技术。
07第五节 离子束加工
概念：离子束加工（简称IBM） 是利用离子束对材料进行成形和
改性的加工方法。
一、加工原理与特点
离子束加工是在真
空条件下将离子源产 生的离子束经过加速、 聚焦后，打到工件表 面以实现去除加工。
电子束加工是靠动能
转化为热能来进行加 工的，而离子束加工 是靠微观的机械撞击 动能。
离子束加工工艺特点
蚀的目的。（北京创威纳科技有限公司 ）
超声加工
概念：超声加工是利用工具做超声振
动，通过悬浮液中磨料的高速轰击进
行加工的方法。
加工原理与特点
超声波发生器将交流电转变为超声频电振荡，由换能器将电振荡变为垂直于 工件表面的超声机械振动，再由变幅杆把振幅从0.005mm放大到0.1mm左右。 加工时，在工具和工件之间不断注入磨料悬浮工作液，工具端面的超声振动， 迫使悬浮液中的磨粒以很大的速度不断撞击、抛磨被加工表面，把工件加工 区域的材料粉碎成微粒脱落下来。
复合加工
一、复合加工方法
复合切削加工：振动切削复合加工 化学机械复合加工
磁场辅助研抛加工
复合加工
机械化学抛光（CMP）
磁性浮动抛光（MFP）
磁性磨料精整加工 （MAF）
激光辅助车削（LAT）
回顾
一、离子束
二、超声加工 三、电子束加工
四、复合加工
作业
网上查询有关特种加工工艺及发展趋 势
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
离子刻蚀：又称离子铣削。离子加速到一万～几万
电子伏，且离子入射方向与被加工表面成25～30时， 离子可将工件表面的原子或分子逐个撞击出去，实现 离子铣削、离子蚀刻或离子抛光等。
离子注入：离子加速到几十万电子伏或更高时，离
简述离子束加工原理及应用
简述离子束加工原理及应用离子束加工是一种利用离子束对物体表面进行加工的技术。
它利用离子束的高能量和较高质量，通过离子与物体表面的相互作用，改变物体表面的性质和形态。
离子束加工的基本原理是通过向物体表面注入高能量的离子，使其与物体表面的原子或分子发生碰撞，从而改变物体表面的结构和性质。
离子束加工可分为两种方式：离子轰击和离子注入。
离子轰击是指将离子束直接撞击在物体表面，使离子与物体表面的原子或分子碰撞，产生剧烈的动能转换和表面物理或化学反应。
这种反应可用于表面修饰、改变物体的形貌和结构，以及提高物体的耐磨性、耐蚀性和耐高温性能。
例如，在高能量离子轰击下，物体表面的晶格结构可以被破坏，形成无序的表面结构，从而改变物体的性能。
离子注入是指将高能量的离子注入到物体表面的一定深度，改变物体的材料组成和物理性质。
这种方法可用于改变电子器件的电学性能，提高材料的导电性、导热性和机械强度。
例如，在半导体加工中，使用离子注入技术可改变材料的掺杂浓度，从而改变半导体器件的导电性能。
离子束加工广泛应用于多个领域。
在材料科学中，离子束加工可以用于改变材料的物理、化学性质，提高材料的功能性和性能。
例如，离子注入技术可以提高金属的硬度和耐腐蚀性能，用于制作高强度合金和耐高温材料；离子轰击技术可用于表面增强的纳米制备、表面复合材料以及表面涂层的制备。
在纳米科技中，离子束加工可用于纳米材料的制备和调控；在生物医学领域，离子束加工可用于生物材料的表面处理和生物影像技术的加工；在电子器件领域，离子注入技术可用于制作不同类型的半导体器件和集成电路的制作。
然而，离子束加工也存在一些挑战和限制。
首先，离子束加工需要大型设备和高能量离子源，成本较高。
其次，离子束加工过程需要对离子束进行定向和聚焦，技术上存在一定的难度。
此外，离子束加工在处理大面积样品时效率较低，通常适用于小面积样品的加工。
在未来，离子束加工技术有望得到进一步发展和应用。
随着纳米科技、生物医学和电子器件等领域的发展，对材料表面性能的要求越来越高，离子束加工技术将成为一种重要的加工手段。
离子束和等离子体加工
离子束和等离子体加工的原理和特点及这两种加工技术在高精度表面抛光中应用。
1.离子束加工的基本原理所谓离子束抛光, 就是把惰性气体氩、氮等放在真空瓶中, 用高频电磁振荡或放电等方法对阴极电流加热, 使之电离成为正离子, 再用5千至10万伏高电压对这些正离子加速, 使它们具有一定的能量。
利用电子透镜聚焦，将它们聚焦成一细束,形成高能量密度离子流，在计算机的控制下轰击放在真空室经过精磨的工件表面, 从其表面把工件物质一个原子一个原子地溅射掉。
用这种方法对工件表面进行深度从100 埃到10微米左右的精密加工。
2.等离子体加工的基本原理等离子体加工又称为等离子弧加工，是利用电弧放电使气体电离成过热的等离子气体流束，靠局部熔化及气体去除材料的。
等离子体又被成为物质的第四种状态。
等离子体是高温电离的气体，它由气体原子或分子在高温下获得能量电离之后，理解成带正电荷的离子和带负电荷的自由电子，整体的正负离子数目和正负电荷仍相等，因此称为等离子体，具有极高的能量密度。
3. 离子束加工主要的特点（1）属于原子级逐层去除加工，加工精度高（2）加工生产污染小（3）加工应力、变形小（4）加工范围广（利用机械碰撞能量加工）（5）易实现自动化（6）设备复杂、价格贵4. 等离子体加工主要的特点由于等离子体电弧对材料直接加热，因而比用等离子体射流对材料的加热效果好得多。
因此，等离子体射流主要用于各种材料的喷镀及热处理等方面；等离子体电弧则用于金属材料的加工、切割以及焊接等。
等离子弧不但具有温度高、能量密度大的优点，而且焰流可以控制。
适当的调节功率大小、气体类型、气体流量、进给速度和火焰角度，以及喷射距离，可以利用一个电极加工不同厚度和多种材料。
5.离子束抛光的典型应用离子束抛光是 1965 年美国亚利桑那大学的工作人员发现并研制成功的。
目前，美国离子光学公司、法兰克福兵工厂早已研制成功离子束抛光设备，并应用于生产。
此外，日本、英国、法国等国也已开发和研究了这一新技术。
聚焦离子束加工
聚焦离子束加工离子束加工是一种先进的材料加工技术，它通过利用离子束对材料进行加工和改性。
离子束加工具有高精度、高效率、无环境污染等优点，被广泛应用于微电子、光电子、材料科学等领域。
本文将聚焦于离子束加工的原理、应用和未来发展方向，以及它对人类社会的意义。
一、离子束加工的原理离子束加工是利用高能离子束对材料表面进行物理或化学作用，从而改变材料的性质和形状的一种加工技术。
离子束加工主要包括离子束刻蚀、离子束沉积和离子束混杂等过程。
其中，离子束刻蚀是将高能离子束直接轰击材料表面，使表面原子或分子脱离材料，达到刻蚀的目的。
离子束沉积是将高能离子束轰击到材料表面上，使离子束中的原子或分子与材料表面的原子或分子发生反应，形成新的材料层。
离子束混杂是将高能离子束注入材料内部，改变材料的物理和化学性质。
二、离子束加工的应用离子束加工在微电子领域有着广泛的应用。
它可以用于制造微电子器件中的细小结构和通道，提高器件的性能和稳定性。
同时，离子束加工还可以用于修复集成电路中的缺陷，并改善器件的可靠性。
此外，离子束加工还可以用于制备纳米材料、光学器件和生物芯片等领域。
在材料科学领域，离子束加工也发挥着重要的作用。
它可以用于改变材料的表面形貌和性质，提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
离子束加工还可以用于制备具有特殊功能的材料，如防反射膜、光学薄膜和超疏水薄膜等。
此外，离子束加工还可以用于材料的改性和合金化，提高材料的性能和应用范围。
三、离子束加工的未来发展方向随着科学技术的不断发展，离子束加工也在不断创新和改进。
未来离子束加工的发展方向主要包括以下几个方面：1. 提高加工精度和效率：通过改进离子束的发射、聚焦和控制技术，提高离子束加工的精度和效率，实现更加精细的加工和更高的加工速度。
2. 开发新的加工方法和工艺：通过研究和开发新的加工方法和工艺，如离子束刻蚀、离子束沉积和离子束混杂等，实现对材料的多功能加工和多层次加工。
3. 探索新的应用领域：开拓离子束加工的新应用领域，如生物医学、能源材料和环境保护等，为人类社会的发展做出更大的贡献。
离子束原理
离子束原理离子束技术是一种利用离子束对材料表面进行加工的高新技术，它具有精度高、加工速度快、对材料损伤小等优点，因此在微加工、纳米加工、表面改性等领域有着广泛的应用。
离子束技术的原理是利用离子束对材料表面进行轰击，从而改变材料表面的化学、物理性质，实现材料的加工和改性。
离子束技术的原理主要包括离子发生、离子加速、离子束聚焦和离子束轰击等几个步骤。
首先，离子源产生离子，然后通过加速器对离子进行加速，接着利用聚焦系统对离子束进行聚焦，最后离子束轰击到材料表面。
在这个过程中，离子束对材料表面产生化学反应和物理作用，从而实现对材料表面的加工和改性。
离子束技术的加工原理是利用离子束对材料表面进行轰击，从而改变材料表面的化学、物理性质。
离子轰击可以使材料表面发生化学反应，形成新的化合物；也可以改变材料表面的结构，提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性；还可以在材料表面形成纳米结构，实现纳米加工。
因此，离子束技术可以实现对材料表面的精细加工和纳米加工，具有很大的应用潜力。
离子束技术的原理是利用离子束对材料表面进行轰击，从而改变材料表面的化学、物理性质。
离子轰击可以使材料表面发生化学反应，形成新的化合物；也可以改变材料表面的结构，提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性；还可以在材料表面形成纳米结构，实现纳米加工。
因此，离子束技术可以实现对材料表面的精细加工和纳米加工，具有很大的应用潜力。
总之，离子束技术是一种高新技术，具有精度高、加工速度快、对材料损伤小等优点，因此在微加工、纳米加工、表面改性等领域有着广泛的应用前景。
离子束技术的原理是利用离子束对材料表面进行轰击，从而改变材料表面的化学、物理性质，实现材料的加工和改性。
希望通过对离子束技术原理的了解，能够更好地推动离子束技术的发展和应用。
聚焦离子束fib 原理
聚焦离子束fib 原理离子束（Focused Ion Beam, FIB）是一种将加速离子束聚焦到极小射径进行加工和分析的技术。
它可以在样品表面上准确的刻画出纳米级别的图案、结构，还能进行界面清理、切割、修复等功能，成为材料科学、器件制造、生命科学等领域的重要工具。
以下将对离子束FIB的原理进行详细介绍。
离子束加工原理离子束FIB是将高能的离子束汇聚到十几或几十纳米以下的小孔中，穿过光学聚焦系统使其束斑缩小，进而加工出所需要的结构，再通过控制束斑位置和大小来实现高精度的加工。
离子束加工的本质是“激发和蚀刻”，即将离子能量转化成靶材内部原子的势能，激发材料内部的离子和原子，使其发生反应，形成新的化合物或改变材料的特性。
在离子束FIB过程中，离子束首先进入靶材表面，产生一系列相互作用。
离子-原子或离子-分子之间的碰撞产生了许多效应，如能量转移，电离作用，电荷交换等。
这些效应对靶材的物理、化学性质产生了影响，导致其形貌、结构和化学组成的变化。
在离子束FIB加工中，所使用的离子束一般为氙离子（Xe+）或镉离子（Cd+），其加工机理如下：1. 碰撞激发当粒子进入物质时，与物质原子碰撞后，将能量转移到它们中的电子和原子，使原子处于激发状态，这就是碰撞激发。
激发的原子具有很高的能量，向周围发射电子、光子等，然后经过退激发过程，将失去激发能量，回到基态状态。
在这个过程中，原子可能失去一些物质，或产生化学反应。
2. 放电电离高能离子进入电离室内发生碰撞，使内部气体分子、原子电离，产生离子和电子。
离子获取强度较大的电场，继续撞击电离室壁，使得机械设置上的耗损量比较大。
这种方式又叫杆式离子源。
3. 打开真空窗真空窗是离子束进入样品室时必须经过的地方（为避免束至多大可能的偏移），打开真空窗能够让离子束穿过进入。
4. 光学聚焦离子束在进入样品前会经过一系列的光学透镜（磁聚焦镜、缕聚镜），以使离子束达到更好的聚焦和定位精度，可以控制束斑稳定地投射到需要的位置，从而达到高精度加工和分析。
现代加工技术第7章 电子束离子束加工
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7.1.电子束加工
3 电子束加工的应用
II 加工型孔或特殊外表
切割复杂型面，切口宽度6~3 μm ，边 缘粗糙度可控制在±0.5μm ；
不仅可以加工直孔也可以加工弯孔和 立体曲面；
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7.1.电子束加工
3 电子束加工的应用
III 刻蚀
在微电子器件生产中，为了制造多层固体组件，利用电 子束对陶瓷或半导体材料可出许多微细沟槽和孔 ； 制版；
ii 蚀刻加工时，对离子入射能量、束流大小、离子 入射到工件上的角度以及工作室气压等分别控制；
iii 氩气离子蚀刻效率取决于离子能量和入射角度；
入射能量增大蚀刻效率增加；
入射角度增加蚀刻效率增加，但角度过大使有效束流减 小，40º~60º效率最高；
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7.2.离子束加工
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7.1.电子束加工
3 电子束加工的应用
IV 焊接
当高能量密度的电子束轰击焊件外表时，使焊件接头处 的金属熔融，在电子束不断轰击下，形成一个被熔融金 属环绕的毛细管状的蒸气管，如果焊件按一定速度沿接 缝与电子束作相对运动，那么接缝上的蒸气管由于电子 束的离开而重新凝固，形成焊缝 ； 焊接速度快，焊缝窄、强度好，热影响区小，变形小； 可以焊接难熔金属和化学活性高的金属； 可以焊接不同材料；
Pag.离子束加工
2 离子束加工装置
I 离子源
i 考夫曼型离子源；
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7.2.离子束加工
2 离子束加工装置
I 离子源
ii 双等离子体型离子源；
离子束技术在材料加工中的应用研究
离子束技术在材料加工中的应用研究一、引言离子束技术是一种先进的加工技术，广泛应用于材料加工领域。
该技术通过将离子束束流聚焦到几微米大小对材料进行刻蚀、改性等操作，具有高效、高精度、高质量等优点。
本文旨在探讨离子束技术在材料加工中的应用研究。
二、离子束技术的基本原理离子束技术的基本原理是利用加速器将离子加速到一定速度，形成高能离子束束流，然后通过离子枪和准分子束聚焦器等光学元器件对束流进行聚焦和控制，使其在几微米范围内对材料进行刻蚀、改性等作用。
离子束技术具有高精度、高效率、高质量等特点，成为当今材料加工领域的主流技术之一。
三、离子束技术在材料加工中的应用研究离子束技术广泛应用于材料加工领域，其中主要应用包括：1、表面处理离子束可以对材料表面进行加工，包括去除表面污染物、改变表面粗糙度、提高表面硬度等。
通过离子束处理，可以获得更为光滑、均匀、致密的表面，提升材料性能。
2、纳米加工离子束技术可用于纳米加工，通过对原子、分子、无机晶体进行刻蚀和加工，制造纳米级器件和材料。
比如，将离子束聚焦在金属材料表面进行微细加工，制备出纳米结构材料，如纳米线、纳米阵列等。
3、材料改质离子束能够使材料发生化学反应，改变其物理性质和化学性质，从而实现其改质。
比如，通过离子束诱导的化学反应，可以实现材料的掺杂、氮化、碳化等，提高材料的硬度、耐腐蚀性能等。
4、光子晶体制备离子束技术还可以制造光子晶体，即具有周期性微结构的材料。
通过控制离子束的聚焦和扫描，可以制备出一系列周期性微结构。
这种结构具有光学特性，可以用于分析和光电子器件制造。
五、离子束技术的发展趋势离子束技术将越来越广泛地应用于材料加工领域。
其应用不仅涉及金属、无机材料，还包括有机材料、纳米材料等。
未来离子束技术将更加注重控制和调节技术，提高其加工效率和加工精度。
此外，离子束技术还将与其他加工技术相结合，形成多种加工方法，满足不同领域和不同需求的应用。
六、结论离子束技术是一种先进的加工技术，广泛应用于材料加工领域。
离子束加工原理
离子束加工原理离子束加工原理与电子束加工类似，也是在真空条件下，将Ar、Kr、Xe等情性气体通过离子源电离产生离子束，并经过加速、集束、聚焦后，投射到工件表面的加工部位，以实现去除加工。
所不同的是离子的质量比电子的质量大成千上万倍，例如最小的氢离子，其质量是电子质量的1840倍，氖离子的质量是电子质量的7.2万倍。
由于离子的质量大，故在同样的速度下，离子束比电子束具有更大的能量。
高速电子撞击工件材料时，因电子质量小速度大，动能几乎全部转化为热能，使工件材料局部熔化、气化，通过热效应进行加工。
而离子本身质量较大，速度较低，撞击工件材料时，将引起变形、分别、破坏等机械作用。
离子加速到几十电子伏到几千电子伏时，主要用于离子溅射加工；假如加速到一万到几万电子伏，且离子入射方向与被加工表面成25°～30°角时，则离子可将工件表面的原子或分子撞击出去，以实现离子铣削、离子蚀刻或离子抛光等，当加速到几十万电子伏或更高时，离子可穿入被加工材料内部，称为离子注入。
离子束加工具有下列的特点：1）易于精确掌握由于离子束可以通过离子光学系统进行扫描，使离子束可以聚焦到光班直径1μm以内进行加工，同时离子束流密度和离子的能量可以精确掌握，因此能精确掌握加工效果，如掌握注入深度和浓度。
抛光时，可以一层层地把工件表面的原子抛掉，从而加工出没有缺陷的光整表面。
此外，借助于掩膜技术可以在半导体上刻出小于1μm宽的沟槽。
2）加工干净因加工是在真空中进行，离子的纯度比较高，因此特殊适合于加工易氧化的金属、合金和半导体材料等。
3）加工应力变形小离子束加工是靠离子撞击工件表面的原子而实现的，这是一种微观作用，宏观作用力很小，不会引起工件产生应力和变形，对脆性、半导体、高分子等材料都可以加工。
聚焦离子束加工技术
聚焦离子束加工技术随着科技的不断进步，离子束加工技术也逐渐受到了广泛的关注和应用。
离子束加工技术是一种利用加速和聚焦的离子束在物体表面刻蚀和磨削的技术，可用于制备微纳器件、蚀刻厚膜、雾化喷涂等领域。
离子束加工技术的原理是将离子束成键能较高的介质中加速，然后在特定条件下高度聚焦，使得离子束具有足够的能量和动量来刻蚀物体表面。
其主要过程包括：离子束发生电离、加速、聚焦、入射到工件上和与工件相互作用的过程。
与传统的加工方法相比，离子束加工技术可以实现高精度、高效率、高质量和可重复性的特点，这些特点使它在微纳器件和精密加工领域中具有很高的应用价值。
离子束加工技术主要分为两类：一种是离子束刻蚀技术，另一种是离子束镀膜技术。
离子束刻蚀技术是利用离子束对物体表面进行刻蚀的一种方法。
刻蚀过程通常通过将工件放在真空室中，然后用离子束将表面物质击脱掉，从而形成所需的结构或器件。
该技术可以制备各种微型或纳米结构，如集成电路、传感器、芯片和微机械系统等。
其中，集成电路是离子束刻蚀技术的主要应用领域之一，可用于制造半导体材料中的电路和器件。
离子束镀膜技术则是通过离子束将金属离子沉积于物体表面，从而形成金属膜层。
该技术可用于制备各种功能薄膜，如光学膜、防腐蚀膜、导热膜和阻隔膜等。
其中，光学膜是离子束镀膜技术的主要应用领域之一，可用于制造各种光学器件，如衍射光栅、滤光片和半导体激光器等。
离子束加工技术的应用领域非常广泛，涉及到多个领域。
下面列举几个例子：(a)微电子学器件制造：可用于制造各种芯片、集成电路及其它微处理器。
(b)纳米和微米制造：可用于制造MEMS器件、纳米阵列和微雷达等。
(c)涂层技术：可用于制备各种金属和非金属涂层，如硬质涂层、防反射膜、光学膜、电极等。
(d)生物医学：可用于生物样品制备、组织工程、药物分离和分析等。
离子束加工技术的未来发展前景广阔。
如今，随着科学技术水平的提高，离子束加工技术将会得到更广泛的应用。
离子束工作原理
离子束工作原理离子束是由高速带电粒子组成的束流。
离子束技术是一种重要的材料表面处理和分析技术，广泛应用于微电子、光学、材料科学等领域。
离子束工作原理涉及到离子源、加速器、聚焦系统和靶材四个方面。
1. 离子源离子源是产生离子束的关键部件，它能够将原子或分子转化为带电的离子。
常见的离子源有热阴极电离源和场致发射源。
•热阴极电离源：通过加热阴极使其发射电子，然后利用电场将这些电子加速到阳极上，碰撞并电离气体分子产生离子。
热阴极电离源简单易用，但有一定限制。
•场致发射源：利用金属针尖与阳极之间的高强度电场，在针尖附近形成强烈的局部场，使附近的气体分子发生场致发射而产生离子。
2. 加速器加速器用于将产生的离子加速到所需的能量。
常用的加速器有直线加速器和环形加速器。
•直线加速器：离子经过一个个加速电极，电极上的高频交变电压使离子在电场中不断加速，最终达到所需的能量。
直线加速器结构简单，适合低能离子束。
•环形加速器：离子在环形轨道上不断受到交变电场的作用，逐渐增加能量。
环形加速器可以提供更高的能量和更稳定的束流。
3. 聚焦系统聚焦系统用于将离子束聚焦成较小直径，以提高束流的质量。
常见的聚焦系统有磁透镜和电透镜。
•磁透镜：利用磁场对带电粒子进行聚焦。
通过调节磁场强度和方向，可以将离子束聚焦成较小直径。
•电透镜：利用电场对带电粒子进行聚焦。
通过调节电场强度和方向，可以将离子束聚焦成较小直径。
4. 靶材靶材是离子束作用的对象，可以是固体、液体或气体。
离子束与靶材相互作用，产生一系列效应。
•表面改性：离子束轰击靶材表面，使其发生物理或化学变化。
可以形成微观结构、改变表面性质，如提高硬度、降低摩擦系数等。
•深层改性：离子束能够穿透靶材表面，对其深层进行改性。
可以改变材料的晶体结构、物理和化学性质。
•分析检测：离子束可以用于对靶材进行分析和检测，如质谱分析、表面成分分析等。
离子束工作原理总结离子束工作原理涉及离子源、加速器、聚焦系统和靶材四个方面。
离子束加工
12.6.2 离子束加工特点
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离子刻蚀可以 达到毫微米级 的加工精度， 离子镀膜可以 控制在亚微米 级精度，离子 注入的深度和 浓度也可极精 确地控制。
由于离子束加 工是在高真空 中进行，因而 污染少，特别 适用于对易氧 化的金属、合 金材料和高纯 度半导体材料 进行加工。
离子束加工是靠 离子轰击工件表
机械制造工艺与设备
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离子束加工
离子束加工
离子束加工(ion bearn machining，简称为IBM)是近年来 在精密、精细加工方面，尤其是在微电子学领域中得到较多应 用的特种加工。离子束加工可用于离子刻蚀、离子镀膜和离子 注入等加工。
12.6.1 离子束加工原理
离子束加工原理和电子束加工原理基本类似，也是在真 空条件下，将离子束经过加速聚焦，使其以极快的速度冲击 到工件表面极小面积上。不同的是离子带正电荷，其质量比 电子大数千、数万倍，如氮离子的质量是电子的7.2万倍，因 此，一旦离子加速到较快速度，离子束比电子束具有更大的 撞击能量。
3.离子束注入 离子束注入是向工件表面直接注入离子，它不受热力
学限制，可以注入任何离子，且注入量可以精确控制，注 入的离子固溶在工件材料中，含量可达10％～40％，注入 深度可达1 μm甚至更深。
离子束注入改善金属表面性能方面的应用正在形成一 个新兴的领域。利用离子束注入可以改变金属表面的物理 性能和化学性能，可以制成新的合金，从而改善金属表面 的耐腐蚀性能、抗疲劳性能、润滑性能和耐磨性能等。
离子束加工设备
面的原子来实现 费用贵、成本高、源自的。它是一种微 加工效率低，因
观作用，宏观压 力很小，所以加
聚焦离子束加工
聚焦离子束加工离子束加工是一种利用离子束对材料进行加工的技术，它可以在微米甚至纳米级别上进行加工和改性。
离子束加工技术广泛应用于半导体、电子、光学、材料科学等领域。
下面将从离子束加工的起源、原理、应用等方面进行介绍。
一、离子束加工的起源离子束加工最早可以追溯到20世纪50年代，当时美国的加州理工学院的物理学家A.L. Porter和J.F. Gibbons首次利用离子束对材料进行了加工。
随后，离子束加工技术得到了快速发展，逐渐成为了一种重要的微纳加工技术。
二、离子束加工的原理离子束加工的原理是利用离子束对材料表面进行轰击，使其表面发生化学、物理反应，从而实现加工和改性。
离子束加工的主要过程包括离子束的生成、加速、聚焦和轰击等。
离子束的生成通常采用离子源，离子源可以是离子枪、离子源、离子注入器等。
离子束加速器通常采用高压电场或磁场来加速离子束，使其具有足够的能量。
聚焦系统通常采用磁聚焦或电聚焦来控制离子束的聚焦度和尺寸。
轰击过程通常采用靶材料，离子束轰击靶材料表面后，靶材料表面会发生化学、物理反应，从而实现加工和改性。
三、离子束加工的应用离子束加工技术广泛应用于半导体、电子、光学、材料科学等领域。
其中，半导体领域是离子束加工技术应用最为广泛的领域之一。
离子束加工可以用于制造半导体器件的掩膜、刻蚀、离子注入等工艺。
在电子领域，离子束加工可以用于制造微型电子元件、纳米线、纳米管等。
在光学领域，离子束加工可以用于制造微型光学元件、微型光学阵列等。
在材料科学领域，离子束加工可以用于制造纳米材料、纳米结构材料等。
总之，离子束加工技术是一种重要的微纳加工技术，它可以实现对材料的微米甚至纳米级别的加工和改性。
离子束加工技术在半导体、电子、光学、材料科学等领域有着广泛的应用前景。
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离子束加工原理
离子束加工（ion beam machining，IBM）是在真空条件下利用离子源（离子枪）产生的离子经加速聚焦形成高能的离子束流投射到工件表面，使材料变形、破坏、分离以达到加工目的。
因为离子带正电荷且质量是电子的千万倍，且加速到较高速度时，具有比电子束大得多的撞击动能，因此，离子束撞击工件将引起变形、分离、破坏等机械作用，而不像电子束是通过热效应进行加工。
2.离子束加工特点
加工精度高。
因离子束流密度和能量可得到精确控制。
在较高真空度下进行加工，环境污染少。
特别适合加工高纯度的半导体材料及易氧化的金属材料。
加工应力小，变形极微小，加工表面质量高，适合于各种材料和低刚度零件的加工。
3.离子束加工的应用范围
离子束加工方式包括离子蚀刻、离子镀膜及离子溅射沉积和离子注入等。
1）离子刻蚀
3.离子束加工的应用范围
离子束加工方式包括离子蚀刻、离子镀膜及离子溅射沉积和离子注入等。
1）离子刻蚀
当所带能量为0.1～5keV、直径为十分之几纳米的的氩离子轰击工件表面时，此高能离子所传递的能量超过工件表面原子或分子间键合力时，材料表面的原子或分子被逐个溅射出来，以达到加工目的
这种加工本质上属于一种原子尺度的切削加工，通常又称为离子铣削。
离子束刻蚀可用于加工空气轴承的沟槽、打孔、加工极薄材料及超高精度非球面透镜，还可用于刻蚀集成电路等高精度图形。
2）离子溅射沉积
采用能量为0.1～5keV的氩离子轰击某种材料制成的靶材，将靶材原子击出并令其沉积到工件表面上并形成一层薄膜。
实际上此法为一种镀膜工艺。
3）离子镀膜
离子镀膜一方面是把靶材射出的原子向工件表面沉积，另一方面还有高速中性粒子打击工件表面以增强镀层与基材之间的结合力（可达10～20MPa），
此法适应性强、膜层均匀致密、韧性好、沉积速度快，目前已获得广泛应用。
4）离子注入
用5～500keV能量的离子束，直接轰击工件表面，由于离子能量相当大，可使离子钻进被加工工件材料表面层，改变其表面层的化学成分，从而改变工件表面层的机械物理性能。
此法不受温度及注入何种元素及粒量限制，可根据不同需求注入不同离子（如
磷、氮、碳等）。
注入表面元素的均匀性好，纯度高，其注入的粒量及深度可控制，但设备费用大、成本高、生产率较低。
3 离子束及等离子体加工技术
3.1 现状
表面功能涂层具有高硬度、耐磨、抗蚀功能，可显著提高零件的寿命，在工业上具有广泛用途。
美国及欧洲国家目前多数用微波ECR等离子体源来制备各种功能涂层。
等离子体热喷涂技术已经进入工程化应用，已广泛应用在航空、航天、船舶等领域的产品关键零部件耐磨涂层、封严涂层、热障涂层和高温防护层等方面。
等离子焊接已成功应用于18mm铝合金的储箱焊接。
配有机器人和焊缝跟踪系统的等离子体焊在空间复杂焊缝的焊接也已实用化。
微束等离子体焊在精密零部件的焊接中应用广泛。
我国等离子体喷涂已应用于武器装备的研制，主要用于耐磨涂层、封严涂层、热障涂层和高温防护涂层等。
真空等离子体喷涂技术和全方位离子注入技术已开始研究，与国外尚有较大差距。
等离子体焊接在生产中虽有应用，但焊接质量不稳定。
3.2 发展趋势
离子束及等离子体加工技术今后应结合已取得的成果，针对需求，重点开展热障涂层及离子注入表面改性的新技术研究，同时，在已取得初步成果的基础上，进一步开展等离子体焊接技术研究。
1）复杂零件“保形”离子注入与混合沉积技术研究，获得高密度等离子体方法研究；
2）空间结构焊接工艺参数自适应控制及焊缝自动跟踪系统研究，以及等离子弧焊过程中变形控制技术研究；
3）等离子喷涂陶瓷热障涂层结构、工艺及工程化研究；
4）层流湍流自动转换技术及轴向送粉、三维喷涂技术研究；
5）层流等离子体喷涂系统的研制及其喷涂技术的研究。